一種小型太陽能自動追蹤與智能供電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種小型太陽能自動追蹤與智能供電裝置，它由太陽能電池板、方位探頭、水平直流電機、豎直直流電機、底座、支架、齒輪、水平軸、豎直軸、軸承、聯(lián)軸器、觸發(fā)裝置組成。本發(fā)明采用雙軸自動追蹤設(shè)計，大大提高了太陽能的利用率，綠色環(huán)保，節(jié)能減排；利用單片機AD模塊檢測鋰電池電壓，防止因為過度放電而損壞，功耗低、智能化；電壓通過USB口引出，給手機、相機等充電，簡單、方便；直接將系統(tǒng)放在窗戶邊上就可以了，可以實現(xiàn)自啟動，只要有光，便能自動追光，高效實用。
【專利說明】一種小型太陽能自動追蹤與智能供電裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種小型綠色能源系統(tǒng)，具體涉及的是一種小型太陽能自動追蹤 與智能供電裝置。

【背景技術(shù)】：
[0002] 目前，日常生活中的小型消費類電子產(chǎn)品（如手機、相機等）基本上都是靠市電進 行充電的，耗電量看似不起眼，每年的電費累加起來價格不菲，同時發(fā)電站燒煤供電對環(huán)境 也會產(chǎn)生污染；少數(shù)電子產(chǎn)品是靠太陽能供電的，但是太陽能電池板是固定不動的，只有中 午的時候能達到標(biāo)準(zhǔn)光照條件，其光能利用率極其底下。


【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種小型太陽能自動追蹤與智能供 電裝置。
[0004] 為了解決【背景技術(shù)】所存在的問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0005] -種小型太陽能自動追蹤與智能供電裝置，它由太陽能電池板、方位探頭、水平直 流電機、堅直直流電機、底座、支架、齒輪、水平軸、堅直軸、軸承、聯(lián)軸器、觸發(fā)裝置組成；
[0006] 堅直直流電機固定在底座的側(cè)邊，堅直軸固定在底座中間的軸承上，堅直直流電 機通過齒輪與堅直軸咬合，支架固定在堅直軸上，支架的雙側(cè)各安裝有一個軸承，軸承上穿 有一根水平軸，太陽能電池板中心位置固定在水平軸上，在支架外側(cè)的水平軸通過聯(lián)軸器 與水平固定的直流電機軸相連，支架上安裝有四個觸發(fā)裝置，方位探頭固定在太陽能電池 板上；
[0007] 堅直電機轉(zhuǎn)動時，可以帶動堅直軸左右轉(zhuǎn)動；水平電機轉(zhuǎn)動時，可以帶動太陽能電 池板上下轉(zhuǎn)動；四個觸發(fā)裝置，控制系統(tǒng)在上下90度、左右350度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，當(dāng)電機轉(zhuǎn)到 上下左右允許的最大轉(zhuǎn)角時，會打到觸碰開關(guān)，從而觸發(fā)單片機控制電機停止轉(zhuǎn)動；方位探 頭檢測太陽的的方位，單片機采集方位信號，并作出相應(yīng)指示，控制水平、堅直放置的電機 轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)太陽能電池板始終正對著太陽，從而以最大面積高效吸收太陽能，并將能量儲存 在鋰電池中，通過電壓轉(zhuǎn)換電路，給電子設(shè)備供電；同時采用AD轉(zhuǎn)換器采集鋰電池供電電 壓，若鋰電池電量不足，單片機控制供電保護電路自動切斷對外供電，以防止鋰電池由于過 度放電而損壞。
[0008] 進一步的，所述的太陽能電池板為A級單晶硅材料，功率為5W，其中二極管D9的正 極與太陽能電池板正極相連，負(fù)極與鋰電池正極相連。
[0009] 進一步的，所述的方位探頭由五個光敏電阻、五個比較器、三個電阻、三個電位器 組成；光敏電阻放在上、下、左、右、中五個位置固定，上下兩個光敏電阻串聯(lián)一起，一端接 VCC，一端接地，中間引出兩個端子，分別接向比較器CMP1的正輸入端、比較器CMP2的負(fù)輸 入端，同時在VCC和GND之間接一個電位器W1，電位器W1中間端接到比較器CMP1的負(fù)輸 入端，電位器W1中間端再串接電阻R7接到比較器CMP2的正輸入端；左右兩個光敏電阻串 聯(lián)一起，一端接VCC，一端接地，中間引出兩個端子，分別接向比較器CMP3的正輸入端、比較 器CMP4的負(fù)輸入端，同時在VCC和GND之間接一個電位器W2,電位器W2中間端接到比較 器CMP3的負(fù)輸入端，電位器W2中間端再串接電阻R6接到比較器CMP4的正輸入端；最中間 的光敏電阻一端接VCC，另一端接電阻R5,然后再接地，光敏電阻和R5之間引出一個端子接 到比較器CMP5的正輸入端，電位器W3的上端接VCC，下端接GND，中間端接CMP5的負(fù)輸入 端；五個比較器輸出端口 C0UT1、C0UT2、C0UT3、C0UT4、C0UT5分別接單片機的P5. 0、P5. 1、 Ρ5· 2、Ρ5· 3、Ρ5· 4 口。
[0010] 進一步的，所述所述的直流電機為小型5V直流電機，用于控制和驅(qū)動直流電機的 電機驅(qū)動器為L298,其中INI、ΙΝ2、ΙΝ3、ΙΝ4分別與單片機的Ρ4. 1、Ρ4. 2、Ρ4. 3、Ρ4. 4 口相 連，0UT1和0UT2與水平電機相連，0UT3和0UT4與堅直電機相連，通過單片機輸出PWM波來 控制直流電機的轉(zhuǎn)速快慢，二極管D1到D8起到續(xù)流作用。
[0011] 進一步的，所述的觸發(fā)裝置由四個觸碰開關(guān)、四個電阻組成，電阻R1、R2、R3、R4的 一端與+3. 3v相連，另一端分別與觸碰開關(guān)SI、S2、S3、S4公共端相連，觸碰開關(guān)的常開端 與地相連，同時觸碰開關(guān)SI、S2、S3、S4的公共端分別與單片機的10 口 P2. 0、P2. 1、P2. 2、 P2. 3相連。所述觸發(fā)裝置分別安放在支架上下左右最大轉(zhuǎn)角處，防止電機因堵轉(zhuǎn)而損壞。
[0012] 進一步的，所述的鋰電池為5V10000mA。
[0013] 進一步的，所述供電保護電路由繼電器J、電壓轉(zhuǎn)換芯片1117和USB輸出口組成； 1117輸入端與鋰電池正極相連，接地端與鋰電池負(fù)極相連，輸出端為3. 3v電壓，給單片機 及其它模塊供電；同時繼電器J的公共端與鋰電池的正極相連，繼電器的常開端與USB的正 極相連，只有當(dāng)鋰電池的電量充足時，單片機才控制繼電器導(dǎo)通。
[0014] 進一步的，所述AD轉(zhuǎn)換器采用電壓采集模塊提供輸入的電路，電壓采集模塊是由 串聯(lián)電阻R8和R9組成，電阻R8的一端與鋰電池正極相連，另一端與R9相連，R9另一端與 鋰電池負(fù)極相連。同時R8和R9的中間與單片機上的AD采集輸入口 P6.0相連，從而可以 實時監(jiān)測鋰電池的電量。
[0015] 本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果：本發(fā)明采用雙軸自動追蹤設(shè)計，大大提 高了太陽能的利用率，綠色環(huán)保，節(jié)能減排；利用單片機AD模塊檢測鋰電池電壓，防止因為 過度放電而損壞，功耗低、智能化；電壓通過USB 口引出，給手機、相機等充電，簡單、方便； 直接將系統(tǒng)放在窗戶邊上就可以了，可以實現(xiàn)自啟動，只要有光，便能自動追光，高效實用。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0016] 圖1為本發(fā)明的機械結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖2為底座結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0018] 圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖。
[0019] 圖4為電機驅(qū)動模塊電路圖。
[0020] 圖5為方位探頭模塊電路圖。
[0021] 圖6為防堵轉(zhuǎn)觸發(fā)裝置電路圖。
[0022] 圖7為AD電壓采集及對外供電保護模塊電路圖。
[0023] 圖8為程序設(shè)計流程圖，包括主程序設(shè)計流程圖和AD中斷程序流程圖。

【具體實施方式】：
[0024] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步描述：
[0025] 圖1為本發(fā)明的機械結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為底座結(jié)構(gòu)俯視圖。一種小型太陽能自動 追蹤與智能供電裝置，主要包括太陽能電池板9、方位探頭10、水平直流電機8、堅直直流電 機2、底座1、支架5、齒輪3、水平軸6、堅直軸4、軸承7。硬件平臺主要是先把堅直電機2固 定在底座1的中心側(cè)邊，再把堅直軸4固定在底座1中間的軸承上，堅直電機2通過齒輪3 與堅直軸4咬合，當(dāng)電機2轉(zhuǎn)動時，可以帶動堅直軸4左右轉(zhuǎn)動。然后將支架5固定在堅直 軸4上，在支架5的雙側(cè)各安裝一個軸承7,軸承7上穿一根水平軸6,太陽能電池板9中心 位置固定在水平軸6上，在支架5外側(cè)的水平軸6通過聯(lián)軸器與水平固定的直流電機軸8 相連，當(dāng)水平電機8轉(zhuǎn)動時，可以帶動太陽能電池板9上下轉(zhuǎn)動。
[0026] 圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖。太陽能電池板將光能轉(zhuǎn)換成電能，儲存在鋰 電池中，鋰電池在單片機的控制下智能對外供電。利用方位探頭檢測光照強度和太陽方位， 單片機首先讀取光照強度信號，若是黑夜，則進入休眠模式，若是白天，則再讀取太陽方位 信號，進行數(shù)據(jù)處理后，控制電機做相應(yīng)轉(zhuǎn)動。同時利用AD中斷實時檢測鋰電池電壓，，如 鋰電池電量不足，系統(tǒng)會自動切斷對外供電電路，防止電池因過度放電而損壞。
[0027] 圖4為電機驅(qū)動模塊電路圖。電機驅(qū)動器型號為L298,其中IN1、IN2、IN3、IN4為 驅(qū)動器的四路輸入，分別與單片機的P4. 1、P4. 2、P4. 3、P4. 4 口相連，對應(yīng)四路輸出OUT 1、 0UT2、0UT3、0UT4,其中0UT1和0UT2與水平電機兩端相連，0UT3和0UT4與堅直電機兩端相 連，通過單片機的P4. 1、P4. 2、P4. 3、P4. 4 口輸出PWM波來調(diào)整直流電機的轉(zhuǎn)速快慢，二極 管D1到D8起到續(xù)流作用，可以有效防止電機由于慣性產(chǎn)生逆電流燒壞驅(qū)動器。ΕΝΑ和ENB 為通道使能端，接高電平即可，VCC為驅(qū)動器工作電壓，接+5V，VSS為電機驅(qū)動電壓，由于本 發(fā)明所選直流電機功耗較小，VSS接+5V就可以了，1腳、8腳和15腳接地。
[0028] 圖5為方位探頭模塊電路圖。方位探頭由五個光敏電阻、五個比較器、三個電阻、 三個電位器組成。所述光敏電阻放在上、下、左、右、中五個位置固定。上下兩個光敏電阻串 聯(lián)一起，一端接VCC，一端接地，中間引出兩個端子，分別接向比較器CMP1的正輸入端、比較 器CMP2的負(fù)輸入端，同時在VCC和GND之間接一個電位器W1，電位器W1中間端接到比較器 CMP1的負(fù)輸入端，在串接電阻R7接到比較器CMP2的正輸入端；同理，左右兩個光敏電阻串 聯(lián)一起，一端接VCC，一端接地，中間引出兩個端子，分別接向比較器CMP3的正輸入端、比較 器CMP4的負(fù)輸入端，同時在VCC和GND之間接一個電位器W2,電位器W2中間端接到比較 器CMP3的負(fù)輸入端，在串接電阻R6接到比較器C4的正輸入端；最中間的光敏電阻一端接 VCC，另一端接電阻R5,然后再接地，光敏電阻和R5之間引出一個端子接到比較器CMP5的正 輸入端，電位器W3的上端接VCC，下端接GND，中間端接CMP5的負(fù)輸入端。五個比較器輸出 端口 C0UT1、C0UT2、C0UT3、C0UT4、C0UT5 分別接單片機的 Ρ5· 0、Ρ5· 1、Ρ5· 2、Ρ5· 3、Ρ5· 4 口。
[0029] 圖6為防堵轉(zhuǎn)觸發(fā)裝置電路圖。觸發(fā)裝置由四個觸碰開關(guān)、四個電阻組成，所述觸 發(fā)裝置分別安放在支架上下左右最大轉(zhuǎn)角處。電阻Rl、R2、R3、R4的一端與+3. 3ν相連，另 一端分別與觸碰開關(guān)SI、S2、S3、S4公共端相連，觸碰開關(guān)的常開端與地相連，同時觸碰開 關(guān)SI、S2、S3、S4的公共端分別與單片機的10 口 Ρ2. 0、Ρ2. 1、Ρ2. 2、Ρ2. 3相連，當(dāng)沒有觸發(fā) 時，Ρ2. 0、Ρ2. 1、Ρ2. 2、Ρ2. 3為高電平，當(dāng)有觸發(fā)時，Ρ2. 0、Ρ2. 1、Ρ2. 2、Ρ2. 3變?yōu)榈碗娖?，?片機檢測到低電平后立即控制相應(yīng)電機做相應(yīng)轉(zhuǎn)動，防止電機因堵轉(zhuǎn)而損壞。
[0030] 圖7為AD電壓采集及對外供電保護模塊電路圖。電壓采集模塊是由串聯(lián)電阻R8 和R9組成，電阻R8的一端與鋰電池正極相連，另一端與R9相連，R9另一端與鋰電池負(fù)極 相連。同時R8和R9的中間與單片機上的AD采集輸入口 P6.0相連，從而可以實時監(jiān)測鋰 電池的電量。所述對外供電保護電路由繼電器J、電壓轉(zhuǎn)換芯片1117和USB輸出口組成。 1117輸入端與鋰電池正極相連，接地端與鋰電池負(fù)極相連，輸出端為3. 3v電壓，給單片機 及其它模塊供電。同時繼電器J的公共端與鋰電池的正極相連，繼電器的常開端與USB的 正極相連，只有當(dāng)鋰電池的電量充足時，單片機才控制繼電器導(dǎo)通，這樣USB端才能正常對 外供電。
[0031] 圖8為程序設(shè)計流程圖，包括主程序設(shè)計流程圖和AD中斷程序流程圖。左邊為主 程序設(shè)計流程圖，即開機之后，系統(tǒng)初始化，單片機檢測是否由光照，若有光照，則讀取太陽 方位信號，然后調(diào)整太陽能電池板位置，調(diào)整完畢后休眠15分鐘，再回到光強檢測位置，如 此循環(huán)；同時采用AD中斷模式實時采集鋰電池電壓，如圖8右側(cè)所示為AD中斷程序流程 圖，即AD中斷開始，采集鋰電池電壓，單片機判斷鋰電池是否欠壓，若是則切斷對外供電電 路，中斷結(jié)束，若不是，直接執(zhí)行中斷結(jié)束。
[0032] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種小型太陽能自動追蹤與智能供電裝置，其特征在于，它由太陽能電池板、方位探 頭、水平直流電機、堅直直流電機、底座、支架、齒輪、水平軸、堅直軸、軸承、聯(lián)軸器、觸發(fā)裝 置組成； 堅直直流電機固定在底座的側(cè)邊，堅直軸固定在底座中間的軸承上，堅直直流電機通 過齒輪與堅直軸咬合，支架固定在堅直軸上，支架的雙側(cè)各安裝有一個軸承，軸承上穿有 一根水平軸，太陽能電池板中心位置固定在水平軸上，在支架外側(cè)的水平軸通過聯(lián)軸器與 水平固定的直流電機軸相連，支架上安裝有四個觸發(fā)裝置，方位探頭固定在太陽能電池板 上； 堅直電機轉(zhuǎn)動時，可以帶動堅直軸左右轉(zhuǎn)動；水平電機轉(zhuǎn)動時，可以帶動太陽能電池板 上下轉(zhuǎn)動；四個觸發(fā)裝置，控制系統(tǒng)在上下90度、左右350度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，當(dāng)電機轉(zhuǎn)到上下 左右允許的最大轉(zhuǎn)角時，會打到觸碰開關(guān)，從而觸發(fā)單片機控制電機停止轉(zhuǎn)動；方位探頭檢 測太陽的的方位，單片機采集方位信號，并作出相應(yīng)指示，控制水平、堅直放置的電機轉(zhuǎn)動， 實現(xiàn)太陽能電池板始終正對著太陽，從而以最大面積高效吸收太陽能，并將能量儲存在鋰 電池中，通過電壓轉(zhuǎn)換電路，給電子設(shè)備供電；同時采用AD轉(zhuǎn)換器采集鋰電池供電電壓，若 鋰電池電量不足，單片機控制供電保護電路自動切斷對外供電，以防止鋰電池由于過度放 電而損壞。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種小型太陽能自動追蹤與智能供電裝置，其特征在于，所述 太陽能電池板為A級單晶硅材料，功率為5W，其中二極管D9的正極與太陽能電池板正極相 連，負(fù)極與鋰電池正極相連。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種小型太陽能自動追蹤與智能供電裝置，其特征在于，所述 方位探頭由五個光敏電阻、五個比較器、三個電阻、三個電位器組成； 光敏電阻放在上、下、左、右、中五個位置固定，上下兩個光敏電阻串聯(lián)一起，一端接 VCC，一端接地，中間引出兩個端子，分別接向比較器CMP1的正輸入端、比較器CMP2的負(fù)輸 入端，同時在VCC和GND之間接一個電位器W1，電位器W1中間端接到比較器CMP1的負(fù)輸 入端，電位器W1中間端再串接電阻R7接到比較器CMP2的正輸入端；左右兩個光敏電阻串 聯(lián)一起，一端接VCC，一端接地，中間引出兩個端子，分別接向比較器CMP3的正輸入端、比較 器CMP4的負(fù)輸入端，同時在VCC和GND之間接一個電位器W2,電位器W2中間端接到比較 器CMP3的負(fù)輸入端，電位器W2中間端再串接電阻R6接到比較器CMP4的正輸入端；最中間 的光敏電阻一端接VCC，另一端接電阻R5,然后再接地，光敏電阻和R5之間引出一個端子接 到比較器CMP5的正輸入端，電位器W3的上端接VCC，下端接GND，中間端接CMP5的負(fù)輸入 端；五個比較器輸出端口 COUT1、COUT2、COUT3、C0UT4、COUT5分別接單片機的P5. 0、P5. 1、 Ρ5· 2、Ρ5· 3、Ρ5· 4 口。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種小型太陽能自動追蹤與智能供電裝置，其特征在于，所述 直流電機為小型5V直流電機，用于控制和驅(qū)動直流電機的電機驅(qū)動器為L298,其中ΙΝ1、 ΙΝ2、ΙΝ3、ΙΝ4分別與單片機的Ρ4. 1、Ρ4. 2、Ρ4. 3、Ρ4. 4 口相連，OUT1和OUT2與水平電機相 連，OUT3和0UT4與堅直電機相連，通過單片機輸出PWM波來控制直流電機的轉(zhuǎn)速快慢，二 極管D1到D8起到續(xù)流作用。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種小型太陽能自動追蹤與智能供電裝置，其特征在于，所述 觸發(fā)裝置由四個觸碰開關(guān)、四個電阻組成，電阻Rl、R2、R3、R4的一端與+3. 3ν相連，另一端 分別與觸碰開關(guān)S1、S2、S3、S4公共端相連，觸碰開關(guān)的常開端與地相連，同時觸碰開關(guān)SI、 32、53、54的公共端分別與單片機的10口？2.0、？2.1、？2.2、？2.3相連，所述觸發(fā)裝置分別 安放在支架上下左右最大轉(zhuǎn)角處，防止電機因堵轉(zhuǎn)而損壞。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種小型太陽能自動追蹤與智能供電裝置，其特征在于，所述 鋰電池為5V10000mA。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種小型太陽能自動追蹤與智能供電裝置，其特征在于，所述 供電保護電路由繼電器J、電壓轉(zhuǎn)換芯片1117和USB輸出口組成；1117輸入端與鋰電池正 極相連，接地端與鋰電池負(fù)極相連，輸出端為3. 3v電壓，給單片機及其它模塊供電；同時繼 電器J的公共端與鋰電池的正極相連，繼電器的常開端與USB的正極相連，只有當(dāng)鋰電池的 電量充足時，單片機才控制繼電器導(dǎo)通。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種小型太陽能自動追蹤與智能供電裝置，其特征在于，所述 AD轉(zhuǎn)換器采用電壓采集模塊提供輸入的電路，電壓采集模塊是由串聯(lián)電阻R8和R9組成， 電阻R8的一端與鋰電池正極相連，另一端與R9相連，R9另一端與鋰電池負(fù)極相連，同時R8 和R9的中間與單片機上的AD采集輸入口 P6.0相連，從而可以實時監(jiān)測鋰電池的電量。
【文檔編號】G05B19/042GK104156004SQ201410376444
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】高崧, 舒誠名, 趙瑩, 趙玉剛, 王繼忠, 崔哲浩, 畢紅 申請人:高崧